Начал службу в 4-м отделении Собственной Е. И. В. Канцелярии. Поступив на службу в министерство иностранных дел в 1866 году, работал переводчиком, делопроизводителем Департамента внутренних сношений.
С 1879 года Ламсдорф — камергер и управляющий литографией МИД, с апреля 1881 года — 2-й советник министра и член Комитета шифров (лично занимался шифровкой особо важных телеграмм).
В 1882—1896 годах директор канцелярии министерства; ученик и ближайший помощник министра иностранных дел Н. К. Гирса. До конца 1880-х годов, как и министр Гирс, лично придерживался прогерманской ориентации, но после отказа правительства Вильгельма II в 1890 году возобновить тайный русско-германский «договор перестраховки» 1887 года, поддерживал линию на франко-русский союз.
В 1897 году был назначен товарищем (заместителем) министра иностранных дел М. Н. Муравьёва, который возложил на Ламздорфа большую часть текущей работы. Внес значительный вклад в подготовку 1-й Гаагской мирной конференции, за что 21 июля 1899 года был удостоен Высочайшей благодарности.
В июне 1900 года назначен управляющим министерством, а с 25 декабря 1900 года назначен министром иностранных дел. Его политика была продолжением политики его предшественника, графа Муравьёва. Старался распространить и укрепить влияние России на Балканах и на Дальнем Востоке, поддерживал Турцию, охраняя её от разложения.
В конце 1902 года, во время поездки в Белград, Софию и Вену заключил соглашение с Австрией о способах подавления македонского народного движения. В сентябре 1903 года сопровождал императора Николая II в его поездке в Вену и Мюрцштег, где была выработана дальнейшая программа действий в Македонии, состоявшая в подавлении революционного движения, но в то же время в понуждении Турции к определённым реформам. 11 (24) сентября1903 года было опубликовано правительственное сообщение о македонском движении, осуждавшее его довольно строго. Политика Ламсдорфа увеличила отчуждение от России более радикальных элементов славянства на Балканах, начавшееся в 1890-х. 2 (15) октября1904 года Ламздорфом и австрийским послом Эренталем была подписана декларация о взаимном нейтрайлитете[2].
На Дальнем Востоке Ламсдорф вёл политику постепенного расширения владений России. Вывод войск из Маньчжурии, как было согласовано договором 1902 года, не был полностью произведен Россией, что стало одной из причин войны с Японией (1904—1905). Выступал за умеренный курс дальневосточной политики (соглашение с Японией и мирное разрешение корейско-маньчжурского вопроса).
После расторжения Шведско-норвежской унии, в октябре 1905 года Россия первой из иностранных государств признала независимость Норвегии и установила с ней дипломатические отношения[3].
В связи с начавшейся в России революцией 1905—1907 годов Ламздорф стремился к объединению действий монархических режимов, в первую очередь России и Германии: в январе 1906 он попытался наладить постоянные контакты между полицейскими службами двух стран. Перед ведомством Ламздорфа стояла также задача борьбы с доставкой оружия для революционеров из-за границы, в связи с чем оно делало неоднократные представления правительствам сопредельных стран, а также Великобритании, Бельгии и других европейских государств с просьбой установить таможенный надзор, который исключал бы отправку оружия в Россию. Автор «Записки об анархистах» — секретного «меморандума о тайных корнях революционного движения в России, находящихся за границей»[4].
В октябре 1905 года Ламздорф вошёл в кабинет С. Ю. Витте, вместе с которым настоял на том, чтобы Бьёркский договор с Германией, заключённый Николаем II без присутствия Ламздорфа, не обрел действительной силы. В мае 1906 года Ламсдорф получил отставку с назначением членом Государственного совета. Замена Ламздорфа, не желавшего считаться ни с какими «демократическими» учреждениями на Извольского, стремившегося, наоборот, предстать перед парламентом в качестве первого «конституционного» министра иностранных дел была связана с переходом к конституционному строю после революции 1905 года[5].
Царь называет графа Ламздорфа «мадам», его любовника Савицкого повышает в придворных чинах. Ламздорф хвастается тем, что он 30 лет (!) провел в коридорах Министерства иностранных дел. Так как он педераст, и мужчины для него девки, то он 30 лет провел как бы в борделе. Полезно и приятно!
Ламздорф В. Н. Дневник. 1894—1896. / Под общей редакцией и с предисловием В. И. Бовыкина. Перевод рукописи с фр., нем. и англ., введение, составление и комментарии И. А. Дьяконовой. — М.: Международные отношения, 1991. — 456 с.